Luận văn tốt nghiệp Vật lý: Xây dựng đường cong hiệu suất Detector HPGe bằng chương trình MNCP4C2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HCM KHOA VẬT LÝ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện MSSV Khóa : TS. Thái Khắc Định : Nguyễn Thị Thúy Hằng : K30102014 : 2004 – 2008 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2008 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn, ngoài những cố gắng của bản thân, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô, cũng như sự động viên của gia đình và bè bạn. Xin cho phép em được bày tỏ lời cảm ơn chân thành của mình đến tất cả mọi người: – Cảm ơn TS. Thái Khắc Định, ThS. Võ Xuân Ân – Hai người thầy đã truyền cho em nhiệt tình nghiên cứu khoa học, kiến thức chuyên môn, đóng góp những ý kiến và kinh nghiệm quý báu, những động viên và chỉ bảo tận tình. – Cảm ơn quý thầy cô khoa Vật Lý trường ĐH Sư phạm TP HCM đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích, cần thiết trong suốt thời gian học tập tại môi trường sư phạm này. – Cảm ơn TS. Trần Văn Luyến, cũng như Phòng An toàn bức xạ và môi trường – Trung tâm hạt nhân TP HCM đã chỉ bảo và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình thực hiện luận văn. – Cảm ơn quý thầy cô và các anh chị trong Bộ môn Vật lý Hạt nhân, khoa Vật Lý trường ĐH KHTN TP HCM đã dành thời gian giúp đỡ em trong quá trình tìm hiểu đề tài. – Cảm ơn các bạn luôn quan tâm, động viên mình trong suốt thời gian thực hiện luận văn. – Xin gửi lời tri ân đến bố mẹ, gia đình, về tình thương của mọi người đã dành cho con. Sinh viên Nguyễn Thị Thúy Hằng LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta đều biết rằng lịch sử phát triển tri thức nhân loại gắn liền với quá trình cải tiến và không ngừng hoàn thiện của khoa học, là một quá trình tiến lên từ những cái chưa biết đến cái đã biết, từ những tri thức chưa hoàn chỉnh, chưa đầy đủ đến những tri thức ngày càng hoàn chỉnh và chính xác hơn. Vì vậy nghiên cứu và phát triển khoa học luôn được xem là một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu trong việc định hướng sự phát triển của toàn xã hội. Các cơ sở máy móc, thiết bị trong các phòng thí nghiệm luôn được trang bị đầy đủ và không ngừng cải tiến nhằm tạo nhiều điều kiện thuận lợi hơn cho người làm khoa học. Tuy nhiên trong thực tế không phải lúc nào chúng ta cũng có đủ các điều kiện cần thiết để thực hiện các thí nghiệm như mong muốn. Lúc này máy tính đóng vai trò là một công cụ thực sự hữu ích. Sự xuất hiện của máy tính không chỉ dùng trong việc nghiên cứu, phân tích, đo đạc các kết quả thực nghiệm mà nó còn được sử dụng như một công cụ để mô phỏng thí nghiệm, cung cấp cho chúng ta những kết quả mà các thí nghiệm thuần túy thường gặp phải nhiều khó khăn và hạn chế trong quá trình thực hiện. Trong khóa luận này, chúng tôi sử dụng chương trình mô phỏng Monte Carlo MCNP4C2 để mô phỏng hệ phổ kế gamma HPGe (High Pure Germanium) GC1518 của hãng Canberra Industries, Inc. đặt tại Trung tâm Hạt nhân TP Hồ Chí Minh. Mục đích của khóa luận nhằm thiết lập, đánh giá đường cong hiệu suất theo năng lượng của detector HPGe để ứng dụng vào công việc phân tích và đo đạc sau này. Khóa luận gồm 5 chương: – Chương 1: TƯƠNG TÁC CỦA PHOTON VỚI MÔI TRƯỜNG VẬT CHẤT: giới thiệu các loại tương tác chính của photon với môi trường vật chất trong detector. – Chương 2: PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO VÀ CHƯƠNG TRÌNH MCNP: tổng quan về mô phỏng, đặc biệt là phương pháp Monte Carlo trong nghiên cứu khoa học, đồng thời giới thiệu sơ lược các kiến thức cơ bản của chương trình MCNP. – Chương 3: HỆ PHỔ KẾ GAMMA SỬ DỤNG DETECTOR HPGE GC 1518: giới thiệu về một số đặc trưng cơ bản của hệ phổ kế: hiệu suất, độ phân giải và tỉ số đỉnh/Comton. Cấu trúc của hệ phổ kế cũng được đề cập khá chi tiết trong chương này. – Chương 4: XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT DETECTOR HPGE GC 1518: xây dựng đường cong hiệu suất theo năng lượng của detector germanium siêu tinh khiết trong mô phỏng MCNP4C2 ở các khoảng cách khác nhau từ nguồn đến detector và so sánh kết quả tính toán trong mô phỏng với việc đo đạc trong thực nghiệm. – Chương 5: KẾT LUẬN CHUNG. CHƯƠNG 1 TƯƠNG TÁC CỦA PHOTON VỚI VẬT CHẤT Người ta quan sát được hiện tượng hạt nhân thông qua sự tương tác của bức xạ hạt nhân phát ra từ hiện tượng đó với vật chất. Năng lượng trao đổi (mất mát) của bức xạ trong quá trình tương tác sẽ tạo ra các xung điện. Hình dạng xung, biên độ xung và tần số xung cũng như độ rộng xung và khoảng cách xung sẽ cho thông tin về bức xạ: loại bức xạ, năng lượng bức xạ, cường độ bức xạ và thời gian sống của trạng thái hạt nhân5. 1.1 BỨC XẠ HẠT NHÂN5 Bức xạ hạt nhân bao gồm các bức xạ được phát ra do sự biến đổi về cấu trúc của hạt nhân, trạng thái hạt nhân (kể cả sự sắp xếp lại lớp vỏ điện tử của nguyên tử). Cơ chế dò bức xạ dựa trên cơ sở năng lượng bức xạ sẽ truyền một phần hay toàn bộ cho môi trường vật chất của detector. Mỗi loại bức xạ có một cơ chế truyền năng lượng khác nhau. Các bức xạ hạt nhân thường gặp: 1.1.1 Bức xạ proton Bức xạ proton bao gồm proton, hạt nhân 4He hay còn gọi là hạt anpha () và các hạt nhân khác phát xạ với năng lượng lên tới 10MeV trong các biến đổi hạt nhân. Khi các hạt này đi xuyên qua các môi trường vật chất, chúng sẽ mất dần năng lượng do xảy ra các quá trình ion hóa và kích thích nguyên tử. Dù có rất nhiều va chạm trên suốt quỹ đạo nhưng vì electron rất nhẹ so với hạt tới cho nên chỉ một phần năng lượng nhỏ mất mát trong một lần va chạm, do đó độ lệch của hạt không đáng kể và tầm hạt dịch chuyển thường tỉ lệ tuyến tính với năng lượng và gần như tỉ lệ nghịch với mật độ vật hấp thụ. Đối với ... - tailieumienphi.vn